4.1光的折射 课件-2021-2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册53张PPT

第1节光的折射
第四章光
光现象与我们的生活密不可分,如图所示,插入水杯中的筷子“弯曲”了,雨后马路上积水表面的油膜呈现出五颜六色,家用宽带用光纤送入……这一章我们将从光的反射、折射开始,学习光的干涉、衍射、激光的特性及应用等知识。
新知探究
知识点 光的反射与折射
光的反射和折射
光的反射：光照射到两种介质的界面上,一部分返回原来介质的现象。
光的折射：光照射到两种介质的界面上,除了一部分光返回原介质,还有一部分光会进入另一种介质的现象。
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知识点 光的反射与折射
入射角与反射角:
入射光线与法线的夹角叫入射角
反射光线与法线的夹角叫反射角。
折射角:
折射光线与法线的夹角。
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知识点 光的反射与折射
光的反射和折射
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知识点 光的反射与折射
思考1.反射现象和折射现象中,光分别是在几种介质中传播?
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解答:反射现象中,光在一种介质中传播;折射现象中,光在两种介质中传播。
思考2.反射是不是只发生在透明介质的表面?
解答:不是,不透明介质的表面也能发生反射。
知识点 光的反射与折射
反射定律:
在光的反射现象中,反射光线、入射光线和法线在同一平面内,
且反射光线与入射光线分别位于法线的两侧,反射角等于入射角。
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知识点 光的反射与折射
折射定律
折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即sinθ1/sinθ2＝n12.

说明：n12比例常数，与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。
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知识点 光的反射与折射
【问题】一束光从空气射向某介质,在界面上同时发生了反射和折射现象,某同学画出的光路如图所示。由于该同学没有标注光线的传播方向,只是知道两根相互垂直的虚线,一个表示界面、一个表示法线,请你帮他确定入射光线、反射光线和折射光线。
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知识点 光的反射与折射
解答:在光的反射与折射中,法线与介质的界面垂直,而且反射光线、折射光线和入射光线都位于法线两侧。从这个意义上讲,两条虚线都可能是介质的界面或法线。而根据反射定律中反射角等于入射角这个条件,以及相关的几何知识可知,入射光线只能是CO,竖直的虚线为介质的界面,水平的虚线为法线。所以CO是入射光线,OB为反射光线,OA为折射光线。
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知识点 光的反射与折射
光路的可逆性：
光的折射与光的反射一样,光路是可逆的。

思考：当你从镜子中看到另一个人的眼睛时,那个人能不能看到你的眼睛?这里隐含着什么规律?
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提示：能看到你的眼睛。在光的反射现象中,光路是可逆的。
知识点 光的反射与折射
【问题】
(1)我们能不能说光从一种介质射入另一种介质时光的传播方向一定发生改变?为什么?
(2)我们能不能说光从一种介质射入另一种介质时光的传播速度一定发生改变?为什么?

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知识点 光的反射与折射
解答:
(1)不能。入射光垂直界面射入时,光的传播方向不变。
(2)能。两种介质的折射率不同,光的传播速度一定不同。

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知识点 折射率
折射率:
光由真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比叫这种介质的绝对折射率,简称折射率。

定义式：n＝sinθ1/sinθ2

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知识点 折射率
折射率与光速的关系

光在不同介质中的速度不同，且都小于光在真空中的传播速度；某种介质的折射率等于光在真空中的速度c与光在这种介质中的速度v之比，即n＝c/v.
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知识点 折射率
思考3.若光从空气进入水中,折射定律中的比例常数????12的1和2分别代表什么介质?
?
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解答:比例常数n12的1是空气,2是水。
?
思考4.如果我们把真空当作一种介质来看待,真空的折射率是多大?
解答:真空的折射率是1。
知识点 折射率
思考5：如图所示是光从一种介质进入另一种介质时出现的现象。
请问:光从一种介质进入另一种介质时入射角一定大于折射角吗?
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提示:不一定。要看两种介质中哪一种介质的折射率大。
知识点 折射率
【点睛】
在光的折射中，注意光线偏折的方向：如果光线从折射率小的介质射向折射率大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小)；如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小)．
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知识点 折射率
【点睛】
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知识点 折射率
【点睛】
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知识点 折射率
【点睛】
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知识点 折射率
例1：如图所示的装置可以测量棱镜的折射率。ABC表示待测直角棱镜的横截面,棱镜的顶角为α,紧贴直角边AC放置一块平面镜。一光线SO射到棱镜的AB面上,适当调整SO的方向,当SO与AB成β角时,从AB面射出的光线与SO重合。
(1)画出光线SO进入棱镜的折射光线;
(2)求出棱镜的折射率n。
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知识点 折射率
【解析】
(1)光路如图所示。
(2)入射角i=90°-β,
要使从AB面射出的光线与SO重合,
则AB面上折射光线必须与AC面垂直,
由几何知识得到,折射角r=α
由折射定律得: 。
答案:(1)见解析图　(2)
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知识点 折射率
例2：如图,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向的夹角为53°(sin53°=0.8)。已知水的折射率为43。
(1)求桅杆到P点的水平距离;
(2)船向左行驶一段距离后停止,调整由P点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45°时,从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离。
?
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知识点 折射率
【解析】(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离为x2;桅杆高度为h1,P点处水深为h2;激光束在水中与竖直方向的夹角为θ。由几何
关系有 ①
由折射定律有sin53°=nsinθ ③
设桅杆到P点的水平距离为x,则x=x1+x2 ④
联立①②③④式并代入题给数据得：x=7 m ⑤
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知识点 折射率
(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i′,由折射定律有sini′=nsin45° ⑥
设船向左行驶的距离为x′,此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1′,到P点的水平距离为x2′,则x1′+x2′=x′+x ⑦
⑧
⑨
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知识点 折射率
联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得
x′=(6 -3) m=5.5 m ⑩
答案:(1)7 m　(2)5.5 m

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知识点 折射率
例3：如图,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“?”(图中O点),然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC边上。D位于AB边上,过D点作AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察,恰好可以看到小标记的像;过O点作AB边的垂线交直线DF于E;DE=2 cm,EF=1 cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)
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知识点 折射率
【解析】作出光路如图所示
据折射定律
由于DE=2 cm,∠FDA=30°
因此EH=1 cm,
则据几何关系可知OD∥BC,
因此β=30°,θ=60°,解得三棱镜的折射率n= 。
答案:
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解决光的折射问题的常规思路和两类典型问题
1．常规思路
(1)根据题意画出正确的光路图．
(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角均是与法线的夹角．
(3)利用折射定律、折射率公式列式求解．
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解决光的折射问题的常规思路和两类典型问题
名师指导
解决光的折射问题的常规思路和两类典型问题
名师指导
3．玻璃砖对光的折射问题
常见的玻璃砖有半圆形玻璃砖和长方形玻璃砖．对于半圆形玻璃砖，若光线从半圆面射入，且其方向指向圆心，则其光路图如图甲所示，光线只发生一次偏折．对于两个折射面相互平行的长方形玻璃砖，其折射光路如图乙所示，光线经过两次折射后，出射光线与入射光线的方向平行，但发生了侧移．


解决光的折射问题的常规思路和两类典型问题
名师指导
特别提醒：
画光路图时应注意的问题：
(1)光路是可逆的．
(2)垂直界面入射的光线，折射光线与入射光线在同一直线上．
(3)过半圆形玻璃砖圆心的光线在圆弧处不偏折．
知识点 测量玻璃的折射率
实验目的
掌握测定玻璃折射率的方法。
实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。
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知识点 测量玻璃的折射率
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实验过程
一、实验步骤
1.如图所示,将白纸用图钉钉在平木板上。

2.在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线),过aa′上的一点O画出界面的法线NN′,并画一条线段AO作为入射光线。
知识点 测量玻璃的折射率
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3.把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐,画出玻璃砖的另一边bb′。
4.在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置。
出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角。
知识点 测量玻璃的折射率
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5.移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′,直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。
6.连接OO′,入射角i=∠AON,折射角r=∠O′ON′,用量角器量出入射角和折射角。
7.用上述方法测
知识点 测量玻璃的折射率
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数据处理
1.计算法:通过测量入射角和折射角,然后查数学用表,得出入射角和折射角的正弦值,再代入 中求多次不同入射角时n的值,然后取其平均值,即为玻璃砖的折射率。
2.图像法:求出多组对应的入射角与折射角的正弦值,作出sini-sinr图像,由 可知图像应为直线,如图所示,其斜率为折射率。
知识点 测量玻璃的折射率
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3.单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用画单位圆法。
(1)以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO′于E′点,过E作NN′的垂线EH,过E′作NN′的垂线E′H′,如图所示。
(2)由图中关系 OE=OE′=R则 只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。
知识点 测量玻璃的折射率
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误差分析
1.入射光线和出射光线画得不够精确。因此,要求插大头针时两大头针间距应稍大。
2.入射角、折射角测量不精确。为减小测角时的相对误差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大时,反射光较强,折射光会相对较弱。
知识点 测量玻璃的折射率
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注意事项
1.实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。
2.入射角i应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大。
3.在操作时手不能触摸玻璃砖的光洁面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
4.在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
5.玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上。若宽度太小,则测量误差较大。
知识点 测量玻璃的折射率
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例：某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材有:玻璃砖,大头针,刻度尺,圆规,笔,白纸。
(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________。?
A.选用两光学表面间距大的玻璃砖
B.选用两光学表面平行的玻璃砖
C.选用粗的大头针完成实验
D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
知识点 测量玻璃的折射率
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(2)该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示,其中实验操作正确的是________。?
知识点 测量玻璃的折射率
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(3)该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN′的垂线,垂足分别为C、D点,如图所示,则玻璃的折射率n=________。(用图中线段的字母表示)?
知识点 测量玻璃的折射率
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【解析】(1)采用插针法测定玻璃的折射率的时候,应选定光学表面间距大一些的玻璃砖,这样光路图会更加清晰,减小误差,同时两枚大头针的距离尽量大一些,保证光线的准确度,因此A、D正确;光学表面是否平行不影响该实验的准确度,因此B错误;应选用细的大头针,因此C错误。
(2)根据光的折射定律可知当选用平行的玻璃砖时出射光和入射光应是平行光,又发生了折射,因此出射光的出射点应相比入射光的延长线向左平移,因此D正确,A、B、C错误。
知识点 测量玻璃的折射率
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(3)由折射定律可知折射率
联立解得
答案:(1)A、D　(2)D　(3)
1.如果光线以大小相等的入射角，从真空射入不同介质，若介质的折射率越大，则(　　)
A．折射角越大，说明折射光线偏离原来方向的程度越大
B．折射角越大，说明折射光线偏离原来方向的程度越小
C．折射角越小，说明折射光线偏离原来方向的程度越大
D．折射角越小，说明折射光线偏离原来方向的程度越小
课堂训练
【答案】C
【解析】根据折射定律，????????????????1????????????????2＝????12，当光以相等的入射角从真空向介质入射时，????????????????1一定，????12越大，????????????????2就越小，????2越小。说明光偏离原来的传播方向角度就越大。故选C。
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课堂训练
2.两束细平行光a和b相距为d，从空气中互相平行地斜射到长方体玻璃砖的上表面，如图所示，若玻璃对a的折射率大于对b的折射率。当它们从玻璃砖的下表面射出后，有(　　)
A．两束光仍平行，间距等于d
B．两束光仍平行，间距大于d
C．两束光仍平行，间距小于d
D．两束光不再相互平行
课堂训练
【答案】C
【解析】如图所示，根据折射定律????????＝????????????????????????????????????，????????＝????????????????????????????????????，由题意知，????????>????????，则?????????
课堂训练
3. 井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井(水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则(　　)
A．水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
B．枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
C．水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星
D．两只青蛙觉得井口一样大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
课堂训练
解析：作出两口井的光路图如图所示，从图中可知枯井中青蛙的视角α比水井中青蛙的视角β要大，所以枯井中青蛙觉得井口大些；而看到井外的范围是在两条实线所示光线范围内，所以水井中青蛙的视野要大些。
课堂训练
谢谢